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CPU 마이크로아키텍처 보안 기술 연구 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.30 no.6, 2020년, pp.83 - 89  

신영주 (고려대학교 정보보호대학원)

초록
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CPU 마이크로아키텍처는 하드웨어 자원을 공유하거나 투기적 실행과 비순차 실행 등 파이프라인 효율을 극대화하는 방법을 통해 성능 최적화를 달성한다. 그러나 보안을 고려하지 않은 설계 구조로 인해 마이크로아키텍처에 심각한 보안 취약점들을 내포하고 있으며 이는 각종 시스템 보호 메커니즘들을 무력화할 수 있는 시스템 공격으로 이어지고 있다. 본 논문에서는 CPU 마이크로아키텍처의 취약점 및 이를 활용한 공격 기술을 소개하고 최근 주요 보안 학술대회에서 발표된 관련 논문들을 중심으로 최신 연구 동향을 살펴본다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 4대 보안 학술대회인 ACM CCS, IEEE S&P, USENIX Security 그리고 NDSS 에 최근 발표된 연구 논문들을 중심으로 최신 연구 동향을 살펴보도록 한다.
  • 본 논문에서는 CPU 마이크로아키텍처 공격을 소개하고 학계에서 진행하고 있는 CPU 마이크로아키텍처 취약점 및 보안 기술에 관한 최근의 연구 동향을 살펴본다. CPU 마이크로아키텍처 공격은 발견된 보안 취약점의 유형과 그 공격대상에 따라 3가지 유형으로 분류할 수 있다.
  • 본 논문에서는 CPU 마이크로아키텍처의 취약점 및 이를 활용한 공격 기술들을 소개하였다. 구체적으로, 자원 경합 공격, 일시적 실행 공격, 그리고 신뢰 실행 환경에 대한 공격 등 취약점의 유형과 공격대상에 따라 분류한 3가지 유형의 공격을 소개하였다.
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참고문헌 (19)

  1. M. Kurth, B. Gras, D. Andriesse, C. Giuffrida, H. Bos, and K. Razavi, "NetCAT : Practical Cache Attacks from the Network," in Proceedings of 2020 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2020. 

  2. M. Guarnieri, B. Kopf, J. F. Morales, J. Reineke, and A. Sanchez, "SPECTECTOR: Principled Detection of Speculative Information Flows," in Proceedings of 2020 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2020. 

  3. A. Cabrera Aldaya, B. Bob Brumley, S. ul Hassan, C. Pereida Garcia, and N. Tuveri, "Port Contention for Fun and Profit," in Proceedings of 2019 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2019. 

  4. C. Canella et al., "A Systematic Evaluation of Transient Execution Attacks and Defenses," in Proceedings of the 28th USENIX Security Symposium, 2019. 

  5. Y. Yarom and K. Falkner, "Flush + Reload : a High Resolution , Low Noise, L3 Cache Side-Channel Attack," in Proceedings of the 23th USENIX Security Symposium, 2014. 

  6. G. Dessouky, T. Frassetto, and A.-R. Sadeghi, "HybCache: Hybrid Side-Channel-Resilient Cachesfor Trusted Execution Environments," in Proceedings of the 29th USENIX Security Symposium, 2020. 

  7. H. Oh, A. Ahmad, B. Lee, and Y. Paek, "TrustOre: Side-Channel Resistant Storage for SGX using Intel Hybrid CPU-FPGA," in Proceedings of the 2020 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, 2020. 

  8. R. Guanciale, "InSpectre: Breaking and Fixing Microarchitectural Vulnerabilities by Formal Analysis," in Proceedings of the 2020 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, 2020. 

  9. E. Goktas, K. Razavi, K. Ch, E. Zurich, G. Portokalidis, and H. Bos, "Speculative Probing: Hacking Blind in the Spectre Era," in Proceedings of the 2020 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, 2020 

  10. J. Wang, K. Sun, L. Lei, S. Wan, Y. Wang, and J. Jing, "Cache-in-the-Middle (CITM) Attacks : Manipulating Sensitive Data in Isolated Execution Environments," in Proceedings of the 2020 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, 2020. 

  11. D. Lee, D. Jung, I. T. Fang, C.-C. Tsai, and R. A. Popa, "An Off-Chip Attack on Hardware Enclaves via the Memory Bus," in Proceedings of the 29th USENIX Security Symposium, 2020. 

  12. D. Moghimi, M. Lipp, B. Sunar, and M. Schwarz, "Medusa: Microarchitectural Data Leakage via Automated Attack Synthesis," in Proceedings of the 29th USENIX Security Symposium, 2020. 

  13. S. Briongos, P. Malagon, J. M. Moya, and T. Eisenbarth, "RELOAD+REFRESH: Abusing Cache Replacement Policies to Perform Stealthy Cache Attacks," in Proceedings of the 29th USENIX Security Symposium, 2020. 

  14. K. Murdock, D. Oswald, F. D. Garcia, J. Van Bulck, D. Gruss, and F. Piessens, "Plundervolt : Software-based Fault Injection Attacks against Intel SGX," in Proceedings of 2020 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2020. 

  15. M. Schwarz, M. Lipp, C. Canella, R. Schilling, F. Kargl, and D. Gruss, "ConTExT: A Generic Approach for Mitigating Spectre," in Proceedings 2020 Network and Distributed System Security Symposium, 2020. 

  16. Y. Xiao, Y. Zhang, and R. Teodorescu, "SPEECHMINER: A Framework for Investigating and Measuring Speculative Execution Vulnerabilities," in Proceedings 2020 Network and Distributed System Security Symposium, 2020. 

  17. Q. Tan and K. Bu, "PhantomCache : Obfuscating Cache Conflicts with Localized Randomization," in Proceedings 2020 Network and Distributed System Security Symposium, 2020. 

  18. J. Van Bulck et al., "LVI : Hijacking Transient Execution through Microarchitectural Load Value Injection," in Proceedings of 2020 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2020. 

  19. E. M. Koruyeh, S. Haji, A. Shirazi, K. N. Khasawneh, C. Song, and N. Abu-Ghazaleh, "SPECCFI: Mitigating Spectre Attacks using CFI Informed Speculation," in Proceedings of 2020 IEEE Symposium on Security and Privacy, 2020. 

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